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19:53

GENERATORI MAGNETOFLUIDODINAMICI

Si tratta di dispositivi, in fase di studio, che realizzano la conversione diretta dell’energia termica in energia elettrica. Sono stati anche sviluppati progetti dettagliati di impianti industriali da 1000 MW elettrici, ma dopo intensi studi nel periodo 1960-1980, l’interesse si è attenuato in conseguenza di permanenti gravi difficoltà tecnologiche. Inoltre, i progressi nello sviluppo delle turbine a gas e degli impianti con cicli combinati gas-vapore dai rendimenti sempre più elevati hanno ridotto il potenziale vantaggio della conversione diretta.
I generatori magnetofluidodinamici sono costituiti in linea schematica da un condotto divergente, di materiale ceramico, con una serie di coppie di elettrodi metallici contrapposti. Un elevato campo di induzione magnetica , uniforme e costante, diretto perpendicolarmente all’asse del condotto, è generato da un elettromagnete. I gas ad altissima temperatura prodotti in una camera di combustione vengono accelerati attraverso un ugello e quindi fatti fluire nel condotto con velocità . È sufficiente una parziale ionizzazione del gas per indurre in esso una forza elettromotrice , rilevabile tra gli elettrodi, analoga a quella che si produrrebbe in un conduttore metallico in moto alla stessa velocità  nel campo di induzione magnetica . Con il passaggio della corrente di carico si determinano azioni sugli ioni e sugli elettroni del fluido che stabiliscono una differenza di pressione tra l’ingresso e l’uscita del condotto, e quindi determinano la quantità di potenza convertita direttamente in potenza elettrica.


20:07

COME SI PRODUCE L'ENERGIA ELETTRICA

È evidente l’importanza che assume agli effetti dello sviluppo della vita civile ed industriale di una regione la disponibilità di energia in una forma facilmente trasformabile in calore, in lavoro meccanico, in energia chimica, in luce o in altre richieste utilizzazioni. Allo stato attuale una delle forme di energia che meglio si presta alle esigenze suddette è l’energia elettrica per la sua facilità di trasformazione, per la possibilità di trasmissione a lunghissime distanze, per la sua facile divisibilità e per la sua affidabilità. Pertanto, la maggior parte delle energie economicamente utilizzabili vengono trasformate in energia elettrica o immediatamente alla sorgente o dopo un trasporto nella loro
forma originale, verso i centri di utilizzazione. Dato che ancora i generatori magnetofluidodinamici (nei quali si ha una conversione diretta da energia termica e meccanica in energia elettrica) sono in fase di ricerca, si può senz'altro affermare che la totalità dell’energia elettrica prodotta nelle centrali elettriche è dovuta agli alternatori. Le centrali si classificano in base all'energia primaria utilizzata; le forme di energia primaria oggi economicamente utilizzabili sono:
-  Energia Idraulica, utilizzata dalle centrali Idroelettriche 
-  Energia Termica, utilizzata delle centrali Termoelettriche 
-  Energia Eolica,  sfruttata in zone battute dal vento lontano dalle altre centrali
-  Energia da Biomasse, anch'essa utilizzata  dalle centrali Termoelettriche
-  Energia Solare, utilizzata dalle centrali a Specchi Solari, e Pannelli fotovoltaici
-  Energia Nucleare, che non appartiene alle forme di energia primaria

CENTRALE  IDROELETTRICA
Ad eccezione delle centrali fotovoltaiche, le altre centrali sono dotate di Turbine, Alternatori, o Dinamo elementi fondamentali per la produzione dell'energia elettrica.
La turbina è una macchina rotante che sfrutta l’energia cinetica provocata dal vapore in pressione o da un getto d’acqua per generare la rotazione di un albero.

TURBINA

L’alternatore è una macchina che, posta in rotazione dalla turbina, genera energia elettrica.


ALTERNATORE


La dinamo è un generatore di energia elettrica come l’alternatore, essa però genera energia in tensione continua mentre l’alternatore genera energia in tensione alternata.
- continua= valore costante nel tempo
- alternata= valore che cambia nel tempo alternando i valori elle estremità dei conduttori



LE UNITA’ PRINCIPALI DI MISURA
Potenziale elettrico (Volt)
Unità di misura della differenza di potenziale elettrico e della forza elettromotrice, simbolo V, pari alla differenza di potenziale alle estremità di un conduttore che, percorso dalla corrente di 1 ampere, dissipa la potenza di 1 watt. (chiamata anche tensione)
Intensità di corrente (Ampere)

L'intensità di corrente I è definibile come la quantità di carica elettrica che attraversa una sezione di un conduttore nell'unità di tempo. L'intensità di corrente è una grandezza scalare, l'unità di misura è l'ampere (A) e si misura con l'amperometro.
Potenza (Watt)

In fisica, la potenza quantifica il trasferimento, la produzione e l'utilizzo dell’energia. È definita operativamente come la variazione di lavoro nell'unità di tempo.
Nel SI la potenza si misura in watt, come rapporto tra unità di energia in joule e unità di tempo in secondi.


STRUMENTI DI MISURA

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17:40

LE CENTRALI IDROELETTRICHE


Nella maggior parte conseguente a salti di grandi portate d’acqua fluente o accumulata in serbatoi (o bacini); eccezionalmente derivante da spostamenti di grandi masse d’acqua per effetto delle maree. In entrambi i casi la conversione in energia elettrica deve avvenire nelle vicinanze delle sorgenti di energia. Nelle centrali ad acqua fluente si sfruttano grandi portate d’acqua con piccoli valori di salto geodetico. Si utilizzano particolari turbine idrauliche
(Francis e Kaplan), che funzionano meglio a basse velocità. Ne consegue che gli alternatori accoppiati hanno un elevato numero di coppie polari (generalmente 8 o 16). Le centrali a serbatoio utilizzano invece l’energia potenziale di masse d’acqua immagazzinata in opportuni bacini (naturali o artificiali); di solito funzionano con piccole portate e con elevati salti geodetici. Di regola si utilizza come turbina idraulica una turbina Pelton, che funziona meglio ad alte velocità. Ne consegue che gli alternatori accoppiati hanno un piccolo numero di coppie polari (generalmente 2, 3 o 4). La presenza del bacino consente a queste centrali di erogare energia nei periodo di tempo più opportuni. Inoltre la turbina Pelton si presta meglio di quelle termiche a rapide e continue variazioni di carico. Si noti che tutte le centrali idroelettriche, benché in parte dipendenti dagli eventi meteorologici, non danno luogo a costi per il “combustibile”. Il costo di impianto delle centrali nuove è tuttavia crescente a causa dell’esaurimento dei siti facilmente sfruttabili.




08:30

LE CENTRALI TERMOELETTRICHE

L'energia termica eccezionalmente di natura geotermica (soffioni boraciferi), nel qual caso è indispensabile la conversione presso la sorgente;
CENTRALE GEOTERMICA


Generalmente invece ottenuta con la combustione di combustibili fossili solidi, liquidi o gassosi (carbone, petrolio, nafta, metano, gas naturale) sia nei pressi delle sorgenti, sia vicino ai centri di utilizzazione.
CENTRALE TERMICA A COMBUSTIBILE


 In fase contrastata di impiego è la produzione di energia termica derivante dall'utilizzo della fissione nucleare, energia di costo molto variabile. In fase di studio è la produzione di energia termica derivante dall'utilizzo della fusione nucleare, di cui però non si è in grado, allo stato attuale delle conoscenze, di individuare la data del suo utilizzo industriale.
CENTRALE NUCLEARE

Il calore sviluppato dal combustibile viene in ogni caso sfruttato mediante turbine a vapore o turbine a gas, l'acqua pressurizzata viene scaldata a temperature molto elevate, il vapore generato si espande nelle turbine che funzionano da motore nei riguardi dei turboalternatori. Le turbine termiche funzionano meglio ad alte velocità, per cui i turboalternatori hanno un numero molto ridotto di coppie polari (1 o 2). Per la loro grande inerzia termica, occorrono alcune ore per la loro messa in marcia. A differenza delle centrali idroelettriche, le centrali termoelettriche presentano il vantaggio di un regime di produzione indipendente da fattori stagionali, adattandosi flessibilmente alle esigenze del consumo. Tuttavia, per tutte le centrali termiche, con l’eccezione di quelle geotermiche, occorre tenere conto che, oltre al costo di costruzione, vi è un costo di esercizio dovuto al consumo di combustibile. Inoltre, è bene ricordare che questo tipo di centrale è caratterizzato da un notevole impatto ambientale: all'immissione in atmosfera dei prodotti della combustione e allo smaltimento delle scorie (ceneri, bitumi, ecc.) in discarica, si aggiunge l’inquinamento termico provocato dalle acque di scarico degli scambiatori di calore



08:00

CENTRALI EOLICHE E CENTRALI DI BIOMASSE





















Utilizzata per la produzione di modeste quantità di energia elettrica in zone battute dai venti per la maggior parte dell’anno, lontano da altre centrali elettriche: è evidente l’aleatorietà di questo tipo di produzione, che però rappresenta attualmente la più importante e promettente fonte alternativa a quelle convenzionali. Il modulo base di una centrale eolica è il generatore eolico. Questa apparecchiatura è composta da un'elica (o al limite una singola pala) collegata ad un albero al quale è collegato il generatore di corrente.


PARTICOLARE DELLE PALE EOLICHE



















LE CENTRALI ELETTRICHE DI BIOMASSE










Queste centrali utilizzano energia ottenibile utilizzando razionalmente materiali di rifiuto prodotti da uomini, animali e vegetali. L’utilizzo può avvenire a mezzo di combustione diretta o per combustione dei prodotti gassosi della fermentazione (principalmente metano).



07:30

LE CENTRALI SOLARI

Le centrali solari termiche utilizzano come principio di base quello delle centrali termiche classiche, anche in questo caso la differenza sta nel metodo in cui viene scaldata l'acqua della caldaia.
La centrale solare termica può essere formata da campi di concentratori parabolici lineari, che riscaldano il fluido all'interno di condotti, oppure da una superficie nella quale sono posti centinaia di specchi che concentrano i raggi solari in unico punto centrale (detto fuoco) nel quale si trova la caldaia.
Le centrali solari termiche consentono limitate produzioni di energia elettrica

CENTRALE SOLARE TERMICA


Le centrali solari basate su pannelli fotovoltaici convertono direttamente l’energia solare in corrente elettrica continua sfruttando l’effetto fotovoltaico delle celle che costituiscono i pannelli.
La tensione elettrica continua prodotta dai pannelli viene convertita in alternata mediante un dispositivo elettronico detto inverter prima di essere immessa nella linea trasmissiva mediante un trasformatore elevatore di tensione.


CENTRALE FOTOVOLTAICA
LA CELLA FOTOVOLTAICA
Una cella fotovoltaica è costituita da materiale semiconduttore opportunamente trattato in relazione alla struttura atomica e alla relativa conduzione di corrente elettrica


 MATERIALE ISOLANTE
Gli elettroni di valenza non si possono allontanare dall'atomo in quanto sono bloccati dalla banda di valenza (banda = stato energetico)


MATERIALE CONDUTTORE
Gli elettroni di valenza sono liberi di muoversi e il loro movimento, provocato da un campo elettrico, origina la corrente elettrica. La banda di valenza e la banda di conduzione sono sovrapposte.

 MATERIALE SEMICONDUTTORE
Gli elettroni di valenza non si possono muovere come negli isolanti, ma la differenza energetica esistente fra banda di valenza e di conduzione è piccola, pertanto gli elettroni possono passare con facilità nella banda di conduzione se ricevono energia dall'esterno.
Tale energia può essere fornita dalla luce (effetto fotoelettrico). Grazie all'effetto fotoelettrico un semiconduttore diventa conduttore, ma non generatore elettrico!

COME OTTENERE UN GENERATORE ELETTRICO
L’atomo di silicio ha 4 elettroni di valenza.
L’atomo di fosforo ha 5 elettroni di valenza.
Inserendo atomi di fosforo fra quelli di silicio si crea una struttura avente un elettrone disponibile per la conduzione. Nel silicio si crea quindi un eccesso di cariche negative (elettroni) e si dice che esso è drogato negativamente (N). L’atomo di boro ha 3 elettroni di valenza. Inserendo atomi di boro fra quelli del silicio si crea una struttura con zone in cui manca un elettrone (lacune), ossia zone con mancanza di carica negativa. Tutto avviene come se fosse presente una carica positiva. Si dice che il conduttore è drogato positivamente (P). La lacuna può essere colmata da un elettrone che si sposta da un atomo vicino formando a sua volta una lacuna. Lo spostamento di elettroni in un verso corrisponde allo spostamento di lacune nel
verso opposto. Mettendo a contatto la zona drogata positivamente con quella drogata negativamente si ottiene la cosiddetta giunzione P-N.

GIUNZIONE P-N
La regione N ha un eccesso di elettroni. La regione P ha un eccesso di lacune. Nella giunzione P-N gli elettroni si diffondono naturalmente dalla regione ad alta densità (N) a quella a bassa densità (P), creando un accumulo di carica negativa nella regione P.
Analogamente avviene per le lacune, con formazione di accumulo di lacune (cariche positive) nella regione N.
In sostanza, a ridosso della zona di giunzione si stabilisce un campo elettrico Ei  interno alla giunzione, il quale, una volta raggiunta la situazione di equilibrio, si oppone alla ulteriore naturale diffusione di cariche. Applicando dall'esterno una tensione U, la giunzione permette il passaggio della corrente in un solo senso, funzionando come un diodo.Tale situazione viene attuata dall'effetto fotovoltaico. La luce fornisce infatti agli elettroni l’energia sufficiente (fotoni) per passare dalla banda di valenza a quella di conduzione. L’elettrone, passando nella banda di conduzione, determina una lacuna. Le cariche elettriche sono messe in moto dalla differenza di potenziale presente nella giunzione P-N.

CELLA FOTOVOLTAICA